磷化成膜机理
磷化膜——材料表面与界面
磷化膜汽车的喷涂工艺或者喷漆工艺，集中体现了材料的表面与界面的知识，而磷化膜就是其中一个对喷漆工艺有很大影响的部分。
磷化（Phosphorization）是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。
1、磷化过程的反应机理磷化过程的反应机理相对比较复杂，目前尚无统一的完整的理论。
磷化过程可归纳为化学反应和电化学反应，不同的磷化体系，不同的基材，磷化反应机理不尽相同，但大都包括以下几个步骤：（1）基体金属溶解：当工件浸入磷化液时，磷化液中游离的磷酸把工件表面的铁溶解并放出氢气，降低了磷化界面的酸度，这是磷化反应的起点，可净化金属表面，破坏磷化槽液中的水解平衡，使水解反应向生磷化膜方向进行，界面处浓度降低。
Me-2e→Me2+2H++ 2e→2 [H]→H2↑（2）促进剂加速：铁溶解过程释放出的氢气吸附在工件表面上，阻止了磷化膜的形成，为加速反应，常加入氧化型促进剂，去除氢气，界面处H+浓度可进一步降低。
[o]+[H]→[R]+H20（3）磷酸根的多级离解：磷化液的基本成分是一种或多种重金属的酸式磷酸盐，其分子式一般用Me(H2P04)2, Me通常指锌、铁、锰等金属离子。
这些酸式th溶于水，在一定条件发生水解反应，产生游离磷酸。
由于界面处H+浓度急剧下降，导致磷酸根离子各级离解平衡向右移动，最终离解出PO43-。
Me(H2PO4)2→MeHPO4+H3PO43 MeHPO4→Me3(PO4)2+ H3PO4H3PO4→H2PO4-+H+→HP042-+2H+→PO43-（4）磷酸盐沉淀结晶成膜当溶液中离解出的PO43-与界面处的金属离子达到溶度积常数Ksp时，就会形成磷酸沉淀结晶成膜。
3Zn2++2 PO43- +4H20→Zn3 (PO4)2·4H202Zn2++Me2++2 P043- +4H20→Zn2Me (P04)2·4H20 例如上述磷酸锌生成的Zn3(PO4)2·4H20和Zn2Fe(PO4)2·4H20的结晶体，其中Me2+代表的是其他金属离子。
磷化钝化膜形成原理
磷化钝化膜形成原理在金属表面处理中，磷化和钝化是两种常用的工艺，它们能够增强金属的耐腐蚀性。
磷化是通过化学反应在金属表面形成磷酸盐的转化膜，而钝化则是通过化学反应使金属表面形成一层氧化膜，从而增强金属的耐腐蚀性。
磷化是一种化学反应过程，通常在金属表面形成一层磷酸盐的转化膜。
磷化膜的形成原理可以概括为以下几个步骤：1.表面处理：首先需要对金属表面进行除锈、除油等预处理，以确保金属表面的清洁度和粗糙度，从而增加磷化膜与金属表面的附着力。
2.酸洗：将金属浸入酸洗液中，通过酸洗液与金属表面的反应，去除金属表面的氧化物和杂质，使金属表面呈现出活性状态。
3.磷化：将酸洗后的金属浸入磷化液中，磷化液中的磷酸根离子会与金属表面发生反应，形成磷酸盐的转化膜。
这个转化膜具有多孔性，能够吸附更多的颜料和涂层，从而增强金属的耐腐蚀性和装饰性。
钝化的过程与磷化类似，它也是通过化学反应在金属表面形成一层氧化膜。
与磷化不同的是，钝化使用的化学试剂通常是强氧化剂，如浓硫酸、浓硝酸等。
这些强氧化剂能够迅速将金属表面氧化，形成一层致密的氧化膜。
钝化膜的形成原理可以概括为以下几个步骤：1.表面处理：同样需要对金属表面进行除锈、除油等预处理，以提高钝化膜与金属表面的附着力。
2.酸洗：将金属浸入酸洗液中，去除金属表面的氧化物和杂质，使金属表面呈现出活性状态。
3.钝化：将酸洗后的金属浸入钝化液中，钝化液中的强氧化剂会迅速将金属表面氧化，形成一层致密的氧化膜。
这个氧化膜能够阻挡腐蚀介质对金属的侵蚀，从而提高金属的耐腐蚀性。
通过磷化和钝化处理，金属表面的耐腐蚀性能得到了显著提高。
同时，这两种处理方法还可以增强金属的装饰性能，使其具有更美观的外观。
在实际应用中，应根据不同的需求选择合适的处理方法。
总的来说，磷化、钝化都是通过化学反应在金属表面形成一层保护膜，从而提高金属的耐腐蚀性。
虽然它们的化学反应机理和所用试剂有所不同，但它们的表面处理和反应过程是相似的。
磷化成膜机理
磷化成膜机理1、化学转化过程所用的磷化液都是由磷酸、碱金属或重金属的磷酸二氢盐及氧化性促进剂组成的酸性溶液。
因此，整个磷化过程都包括含有基体金属的溶解反应、难溶磷酸盐结晶沉积的成膜过程及氧化性促进剂的去极化作用。
①基体金属的溶解磷化液的PH 值一般都在2~5.5之间，呈酸性。
因此当金属和此酸性溶液接触时，必然发生由局部阳极和局部阴极反应组成的金属溶解过程：局部阳极 Me Me 2++2e 局部阴极 2H ++2e H 2↑ ②成膜反应由于局部阴极区域H +被还原而消耗，酸度下降，使得在第一阶段形成的可溶性二价金属磷酸二氢盐离解成溶解度较小的磷酸一氢盐：Me （H 2PO 4)2 MeHPO 4+H 3PO 4只要PH 上升到一定程度，则主要离解成不溶性二价金属磷酸盐。
此离解则比较迅速：Me （H 2PO 4)2 MeHPO 4+4H 3PO 4同时 MeHPO 4 Me 3（PO 4)2+H 3PO 4难溶的Me 3（PO 4)2在金属表面的阴极区域沉积析出。
当整个阴极区域都被沉积物覆盖时，成膜反应结束，从而在金属表面形成完整的磷化膜覆盖。
由于成膜反应的可溶性二价金属磷酸二氢盐可以是金属溶解生成的，也可以是溶液中原有的配方组成。
除磷酸铁盐膜外，其他所有的磷化膜的成膜物质都是添加配方中的原料。
难溶性磷酸盐的溶积度如表：氧化性促进剂的去极化作用和对金属溶解的促进金属溶解时产生的氢气易吸附于阴极的金属表面，从而阻碍水解产生的二价金属磷酸盐在阴极区域的沉积，不能形成磷化膜。
水解产物则于溶液中析出成为渣，即浪费成膜原料，也使渣量大大增加。
这样在工艺方面将造成困难，对膜的性能也不能保证，因为孔隙率很大。
氧化剂的去极化作用是将还原形成的初生态氢氧化成水;2[H]+[O] H2O与去极化作用密切相关的是促进剂对金属溶解的促进。
它是通过促进剂对H2的氧化和沉积作用，导致阳极电流密度增加而提高溶解速率，即提高可溶性二价金属磷酸二氢盐的生成速率。
磷化工艺原理
磷化工艺原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊磷化工艺原理，这可真是个有意思的事儿啊！你看啊，磷化就好像是给金属穿上一层特别的“衣服”。
想象一下，金属就像是一个光溜溜的小孩子，而磷化呢，就是给这个小孩子穿上一件既结实又有用的外套。
那这磷化到底是咋回事呢？其实啊，就是通过一系列的化学反应，在金属表面形成一层磷化膜。
这层膜可不简单，它就像是金属的小卫士，能保护金属不被腐蚀，还能增加金属的附着力呢！比如说，咱家里的那些金属制品，时间长了是不是会生锈啊？要是给它们都磷化一下，那可就不一样啦！这磷化膜就像一道坚固的防线，把那些会让金属生锈的坏东西都挡在外面。
那磷化是怎么做到的呢？这就像是一场奇妙的魔法表演。
首先呢，有一些化学药剂就像小精灵一样，跑到金属表面开始跳舞。
它们跳着跳着，就和金属发生了反应，然后就慢慢形成了那层神奇的磷化膜。
而且哦，磷化工艺可不仅仅是为了防锈这么简单。
它还能让金属表面变得更粗糙，这样后续要是想给金属上漆啊什么的，就会粘得更牢。
这就好比是在墙上贴东西，要是墙面很光滑，那可能贴不牢，但是如果墙面有点粗糙，那就能贴得稳稳的啦！你说这磷化工艺是不是很神奇？它就像是一个默默工作的小工匠，在金属的世界里发挥着大作用。
咱再想想，要是没有磷化工艺，那得有多少金属制品用不了多久就坏掉啦？那多可惜呀！所以说呀，磷化工艺真的是太重要啦！它就像是一个隐藏在幕后的英雄，不声不响地为我们的生活提供着保障。
我们每天用到的很多东西，可能都离不开磷化工艺的功劳呢！磷化工艺虽然听起来有点复杂，但其实理解起来也不难呀！只要我们用心去感受，去了解，就会发现它真的很有趣。
所以啊，朋友们，可别小看了磷化工艺哦！它可是在我们的生活中扮演着重要的角色呢！让我们一起为磷化工艺点个赞吧！。
金属磷化原理及目的
金属磷化原理及目的
磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。
磷化工艺操作简便，成本低廉，经过磷化工艺处理的工件，其优良的物理机械性能——强度，硬度，弹性，磁性，延展性等保持不变。
而被处理的金属表面，由于形成均匀致密的磷化膜，其金属表面的性能大大提高。
磷化膜外观均匀致密，颜色按膜层成分不同，呈现浅灰，深灰，灰黑，或彩虹等色彩。
结构则呈针状斜方晶体、圆柱形晶体、四方面心晶体或混合晶体及无定型结晶等多种形态。
磷化膜无论何种外观颜色和晶体形态，都具有不耐热、不耐酸碱、不耐水、不导电、不导热等性能，同时膜层呈多孔性表面。
由于磷化膜具多孔性，极大的提高了表面积，从而大大的提高了金属表面与涂层之间的附着力；由于磷化膜为电的不良导体，致密均匀的磷化膜大大降低了金属表面的电位差，使金属表面形成一层近乎等电位体的膜层，从而抑制了金属表面微电池的形成，大大降低了金属表面电化学腐蚀，从而极大的提高了金属表面的耐腐蚀性。
磷化膜成膜过程主要有以下四个步骤组成：
①酸的浸蚀使基体金属表面H+浓度降低
②促经济（氧化剂）加速
③磷酸根的多级离解
④磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜。
磷化成膜机理研究
磷化成膜机理研究磷化成膜机理研究磷化成膜机理比较复杂，至今尚没有统一完整的理论，不同的磷化体系，不同材质的磷化，反应原理不同。
首先，磷化剂在水溶液中发生电离，随温度的升高，离解度增大。
在一定的温度下处于平衡状态。
当金属与磷化液接触时，钢铁受游离酸的侵蚀而发生反应，产生的氢气被溶液中的氧化剂氧化成水，同时部分 Fe2离子也被溶液中的氧化剂氧化成 Fe3Fe3与 PO43-生成FePO4 成为残渣，部分 Fe2参与成膜反应。
这些反应都是发生在金属表面。
由于反应的发生，反应的平衡被打破，平衡向右移动，同时，反应的发生加速了溶液的电离，电离出越来越多的 Zn2和 PO43-使得金属表面附近的 Zn2、PO43-和 Fe2的浓度过饱和，当大于 Zn3PO4 2 或 Zn2FePO4 2 的溶度积时，不溶性的磷酸正盐就沉积在溶液与金属的界面上，由此形成磷化膜。
在生成磷化膜的同时，由于消耗掉 Zn2及 PO43-使得反应平衡继续右移，这样，从 ZnH2PO4 2 中又电离出 2 3-H 、Zn PO4 等离子，溶液又处于新的平衡中。
可以看出，磷化液就是一种缓冲溶液，在生产中，它一直处于一种动态平衡状态中，金属表面的活性点增多，即晶核增多，有利于磷化膜的结晶，这也是表面调整的理论基础。
实际的磷化反应比上面描述的过程复杂得多，因为磷化液中有不同的氧化剂、催化剂、络合剂、促进剂等，还有许多副反应发生，因而就会有沉渣及絮状物的产生，需要定期对槽液进行调整、过滤、沉淀。
磷化成膜机理初探金属溶解反应导致局部阴极区域界面液的酸度下降，从而形成过饱和溶液，在 pH4,5 时，出现磷化液中磷酸盐的起始沉淀点PIP，出现起始沉淀点的 pHZn2比值的升高而提高。
最先形成的不完善的磷酸铁、氧化铁值随溶液中PO43-,混合物组成的钝化膜，也可作为供磷化膜增长的晶核。
由金属表面结构来看，表面存在着供磷化膜生产的―活性中心‖，该活性中心具有一定的能级、数量和表面分布，活性中心的能级决定晶核生成的难易程度，活性中心的数量和表面分布影响到晶核的数量和分布，从而影响磷化膜的粗细和致密性，晶核生成速率随活性中心数量而增加，但主要的制约因素还是活性中心的能级。
磷化基本原理
磷化基本原理磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。
磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑作用。
基本原理磷化过程包括化学反应与电化学反应。
不同磷化体系、不同其材的磷化反应机理比较复杂。
虽然科学家在这方面已做过大量的研究，但至今未完全弄清楚。
在很早以前，曾以一个化学反应方程式简单表述磷化成膜机理：8Fe+5Me（H2PO4）2+8H2O+H3PO4→Me2Fe(PO4)2•4H2O(膜)+Me3（PO4）•4H2O(膜)+7FeHPO4(沉渣)+H2↑Me为Mn、Zn等，Machu等认为，钢铁在含有磷酸及磷酸二氢盐的高温溶液中浸泡，将形成以磷酸盐沉淀物组成的晶粒状磷化膜，并产生磷酸一氢铁沉渣和氢气。
这个机理解释比较粗糙，不能完整地解释成膜过程。
随着对磷化研究逐步深入，当今，各学者比较赞同的观点是磷化成膜过程主要是由如下4个步骤组成：①酸的浸蚀使机体金属表面H+浓度降低Fe-2e→Fe2+2H2-+2e→H2 (1)②促进剂（氧化剂）加速[O]+[H]→[R]+H2O Fe2++[O]→Fe3++[R] （2）式中[O]为促进剂（氧化剂），[R]为还原产物，由于促进剂氧化掉第一步反应所产生的氢原子，加快了反应（1）的速度，进一步导致金属表面H+浓度急剧下降。
同时也将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+。
③酸根的多级离解H3PO4→H2PO4-+H+→HPO42-+2H+→PO43-+3H+ (3)由于金属表面的H+浓度急剧下降，导致磷酸根各级离解平衡向右移动，最终为PO43-。
④磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜当金属表面离解处的PO43-与溶液中（金属界面）的金属离子（如Zn2+、Mn2+、Ca2+、Fe2+）达到溶度积常数Ksp时，就会形成磷酸盐沉淀Zn2++Fe2++PO43-+H2O→Zn2Fe(PO4)2•4H2O↓（4）3Zn2++2PO43-+4H2O→Zn3(PO4)2••4H2O↓（5）磷酸盐沉淀与水分子一起形成磷化晶核，晶核继续长大成为磷化晶粒，无数个晶粒紧密堆集形成磷化膜。
磷化成膜机理
精品磷化成膜机理1、化学转化过程所用的磷化液都是由磷酸、碱金属或重金属的磷酸二氢盐及氧化性促进剂组成的酸性溶液。
因此，整个磷化过程都包括含有基体金属的溶解反应、难溶磷酸盐结晶沉积的成膜过程及氧化性促进剂的去极化作用。
基体金属的溶解磷化液的PH 值一般都在2~5.5之间，呈酸性。
因此当金属和此酸性溶液接触时，必然发生由局部阳极和局部阴极反应组成的金属溶解过程：局部阳极 Me Me 2++2e 局部阴极 2H ++2e H 2↑成膜反应由于局部阴极区域H +被还原而消耗，酸度下降，使得在第一阶段形成的可溶性二价金属磷酸二氢盐离解成溶解度较小的磷酸一氢盐：Me （H 2PO 4)2 MeHPO 4+H 3PO 4只要PH 上升到一定程度，则主要离解成不溶性二价金属磷酸盐。
此离解则比较迅速： Me （H 2PO 4)2 MeHPO 4+4H 3PO 4同时 MeHPO 4 Me 3（PO 4)2+H 3PO 4难溶的Me 3（PO 4)2在金属表面的阴极区域沉积析出。
当整个阴极区域都被沉积物覆盖时，成膜反应结束，从而在金属表面形成完整的磷化膜覆盖。
由于成膜反应的可溶性二价金属磷酸二氢盐可以是金属溶解生成的，也可以是溶液中原有的配方组成。
除磷酸铁盐膜外，其他所有的磷化膜的成膜物质都是添加配方中的原料。
难溶性磷酸盐的溶积度如表：精品精品氧化性促进剂的去极化作用和对金属溶解的促进金属溶解时产生的氢气易吸附于阴极的金属表面，从而阻碍水解产生的二价金属磷酸盐在阴极区域的沉积，不能形成磷化膜。
水解产物则于溶液中析出成为渣，即浪费成膜原料，也使渣量大大增加。
这样在工艺方面将造成困难，对膜的性能也不能保证，因为孔隙率很大。
氧化剂的去极化作用是将还原形成的初生态氢氧化成水;2[H]+[O] H 2O与去极化作用密切相关的是促进剂对金属溶解的促进。
它是通过促进剂对H 2的氧化和沉积作用，导致阳极电流密度增加而提高溶解速率，即提高可溶性二价金属磷酸二氢盐的生成速率。
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磷化成膜机理
1、化学转化过程
所用的磷化液都是由磷酸、碱金属或重金属的磷酸二氢盐及氧化性促进剂组成的酸性溶液。
因此，整个磷化过程都包括含有基体金属的溶解反应、难溶磷酸盐结晶沉积的成膜过程及氧化性促进剂的去极化作用。
基体金属的溶解
磷化液的PH 值一般都在2~5.5之间，呈酸性。
因此当金属和此酸性溶液接触时，必然发生由局部阳极和局部阴极反应组成的金属溶解过程：
局部阳极 Me Me 2+
+2e 局部阴极 2H +
+2e H 2↑
成膜反应
由于局部阴极区域H +被还原而消耗，酸度下降，使得在第一阶段形成的可溶性二价金属磷酸二氢盐离解成溶解度较小的磷酸一氢盐：
Me （H 2PO 4)2 MeHPO 4+H 3PO 4
只要PH 上升到一定程度，则主要离解成不溶性二价金属磷酸盐。
此离解则比较迅速： Me （H 2PO 4)2 MeHPO 4+4H 3PO 4
同时 MeHPO 4 Me 3（PO 4)2+H 3PO 4
难溶的Me 3（PO 4)2在金属表面的阴极区域沉积析出。
当整个阴极区域都被沉积物覆盖时，成膜反应结束，从而在金属表面形成完整的磷化膜覆盖。
由于成膜反应的可溶性二价金属磷酸二氢盐可以是金属溶解生成的，也可以是溶液中原有的配方组成。
除磷酸铁盐膜
外，其他所有的磷化膜的成膜物质都是添加配方中的原料。
难溶性磷酸盐的溶积度如表：
氧化性促进剂的去极化作用和对金属溶解的促进
金属溶解时产生的氢气易吸附于阴极的金属表面，从而阻碍水解产生的二价金属磷酸盐在阴极区域的沉积，不能形成磷化膜。
水解产物则于溶液中析出成为渣，即浪费成膜原料，也使渣量大大增加。
这样在工艺方面将造成困难，对膜的性能也不能保证，因为孔隙率很大。
氧化剂的去极化作用是将还原形成的初生态氢氧化成水;
2[H]+[O] H 2O
与去极化作用密切相关的是促进剂对金属溶解的促进。
它是通过促进剂对H 2的氧化和沉积作用，导致阳极电流密度增加而提高溶解速率，即提高可溶性二价金属磷酸二氢盐的生成速率。
从成膜反应可知，二价金属磷酸盐的生成对成膜速率有控制作用。
例如，铁盐磷化时，用于沉积的物质Fe(H 2PO 4)2是铁溶解而产生的，原料浓度增加必然加快成膜速率。
氧化剂的这种去极化作用，可以增加局部电流密度。
局部电流密度的增加，可导致局部阳极成为钝态，其结果，增加了局部阴极对局部阳极的面积比。
由于成膜物质晶粒在阴极表面析出，阴极面积越大，晶粒析出越多，生成磷化膜越细越快。
所以，增大阴极/
难溶磷酸盐的溶积度（18~25℃）
磷酸盐 溶积度K SP 磷酸盐 溶积度K SP ZN 3(PO 4)2 9.1Ⅹ10-33 AlPO 4 6.3Ⅹ10-19 Ni 3（PO 4)2 5Ⅹ10-31 CrPO 4 2.4Ⅹ10-23 Co 3（PO 4)2 2Ⅹ10-35 CrPO 4 1.0Ⅹ10-17 Ca 3(PO 4)2 2.0Ⅹ10-29 FePO 4 1.3Ⅹ10-22 Pb 3(PO 4)2
8.0Ⅹ10-43
PbHPO 4
1.4Ⅹ10-10
阳极面积比，可增加结晶颗粒数。
除了和成膜密切相关的上述三个反应外，磷化过程还有形成磷化渣的副反应：
Fe(H2PO4)2+[O] FePO4+H3PO4+1/2H2O
氧化性促进剂除了促进成膜外，也有助于渣的形成。
但这仅仅是钢铁处理时的情况，且渣的成分不完全是由FePO4组成，还含有相当比例溶液中的原有成膜物质，因为成膜效率不可能是100%。
由于各磷化也性能和工艺控制条件的波动，总有部分成膜物质于液体中析出，形成沉渣。
另外，由于氧化剂将Fe2+氧化成Fe3+,以渣的形式排除，避免了溶液中Fe2+浓度的增加对Fe溶解的抑制，从而提高磷化速率。
就成膜反应而言，对不同的磷化体系（磷化液-被处理金属）来说，是有差异的。
各类磷化膜的转化反应见表。
各类磷化膜的转化反应
Fe+2H3PO4→Fe(H2PO4)2+H2↑ Fe(H2PO4)2+[O]→FePO4↓+2H3PO4+H2O
Fe+4NaH2PO4→Fe(H2PO4)2+2NaHPO4+H2
2[H]+[0]→H2O
↑。